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[關鍵詞]地下水 氨氮 異位修復 原位修復
[中圖分類號] TU94+3.1[文獻碼] B [文章編號] 1000-405X(2013)-12-155-1
地下水是我國主要的飲用水源,近年來由于人類活動的影響,地下水受到了不同程度的污染。污水回灌、垃圾填埋場滲濾液、農田過度使用化肥等使地下水受到氨氮污染[1]。氨氮超標的地下水作為飲用水時,水中氨氮會促進管網中細菌的殖,造成水質惡化、管網腐蝕。目前常用地下水氨氮的去除方法主要有異位修復技術和原位修復技術。
1地下水異位除氨氮的方法
抽出處理修復技術是地下水異位修復的代表技術,用水泵將受污染地下水抽出,之后對其中污染物進行處理。地下水異位除氨方法主要有吸附法和生物法。
1.1吸附法
目前用于吸附水中氨氮的材料主要有:沸石、蛭石、膨潤土等,由于沸石價格低,無毒無味,是最為常見的吸附材料。陳堅[2]利用天然沸石對地下水中的氨氮進行處理,結果表明,天然沸石對氨氮去除是有效可行的,最高去除率可達93.71%。辛曉華[3]通過比較四種常用的沸石,結果表明縉云沸石能夠對氨氮產生良好的吸附效果,硬度較高,能夠對pH產生良好的緩沖作用。劉玉亮[4]的靜態、動態和再生實驗結果表明,斜發沸石對氨氮的靜態飽和吸附量為3.1g/100g,再生后的有效壽命可達140h以上。
1.2生物法
生物法去除水中氨氮是指利用微生物的新陳代謝活動,對水中的氨氮進行去除。上海惠南水廠的接觸氧化池對氨氮去除率達85%以上,出廠水氨氮10℃的條件下,對氨氮的去除率為70%~90%。
地下水異位修復技術能有效地去除地下水中污染物,但是其存在如下缺點,(1)需要持續提供動力,提高了運行費用;(2)停止運行后,受污染地下水會繼續擴散,對下游水造成污染。
2地下水原位除氨氮的方法
可滲透反應墻(PRB)是目前常用地下水原位除氨技術,污染地下水通過PRB時,產生吸附、生物降解等反應使水中污染物得以去除。
2.1原位吸附法
原位吸附是指在可滲透反應墻中放入吸附劑,從而有效去除水中的氨氮。馬文超等[7]分別用活性炭、天然沸石、人工沸石作為PRB的介質進行對比試驗得出,天然沸石對氨氮的去除效果最好,在實驗過程中,氨氮去除率始終保持在95%左右,其次為人工沸石,其氨氮去除率始終保持在90%左右,活性炭對氨氮的去除效果最差,其去除率僅為15%左右。佟小薇等[8]分別用高溫焙燒、酸、堿、無機鹽對天然沸石進行改性,結果表明:經過NaCl的改性的沸石吸附氨氮效果最好,在NaCl濃度為150g/L與改性時間為18h條件下,改性沸石對氨氮吸附量可達887mg/kg。
2.2微生物降解法
謝李等[9]通過對改性后釋氧材料進行原位除氨研究,結果表明,該材料釋氧持續時間長,運行一年后水中的溶解氧仍保持在15mg/L左右。劉涉江等[10]制備了CPC/CaO2氧緩釋復合材料,經過長期試驗表明,該復合材料具有長期和有效的釋氧特性,可作為一種新型的供氧源用于污染地下水的原位生物修復技術。
PRB技術是可行的辦法之一,但其仍然有一定的局限性,如PRB技術中所用的吸附、釋氧等介質均有一定的活性周期,應用一段時間后需要對其進行更換或再生,更換介質需要對PRB表層土壤進行開挖、回填,增加了大量費用,而對介質進行再生時,需要向PRB中投加化學藥劑,如處理不當會對地下水造成二次污染。
3小結
關鍵字:河道治理、生態修復、微生物技術、水體自凈
一、總述
由于我國很多地區前期雨污不分流,工業廢水直接排放河體。造成城市水體污染,甚至發黑發臭。黑臭成因復雜、影響因素多。其治理路線的核心可歸結為“控源截污、內源治理、生態修復”,具體來說就是把“控源截污”作為城市黑臭水體整治工作的根本措施和前提;把“黑臭在水里,根源在岸上,關鍵在排口,核心在管網”作為中心思想;把“控源為本,截污優先、科學診斷,重在修復、建管并重,強化維護、綜合施治,協同推進”作為基本原則。
二、治理思路
1、控源截污
河道污染,大多都有外部污染源,或為生活污水排入,或為工業污水排入,當排入河道污染物總量大于河道的自凈能力時,污染物機會積累,積累到一定時候就會發黑發臭,形成黑臭河。所以外部污染源不控制,河道再治理也不能從根本上解決問題。控制外部污染源是一項復雜長久的工作,一般由政府行政主管部門牽頭實施。
2、內源治理
內源治分為水體治理、底泥處理。對于水體治理可分為原位修復和異位修復,原位修復技術即在河道中通過一系列技術手段,使水體達到理想的效果;異位修復是通過泵把河水抽吸出來通過一體化設備單獨處理,達到理想的效果后再排入河道中。對于底泥處理,一些河道由于污染嚴重,河底會積累一層底泥,發黑發臭,甚至會冒泡,主要是發生厭氧反應,產生沼氣所致。對于污染河道的底泥,一般可通過人工清淤或專性微生物消解來處理。
3、生態修復
河道水體通過內源治理后,需進一步做生態修復。主要措施有利用多孔透水透氣性生態材料,如多孔混凝土磚鋪設生態岸線、堤岸,道路邊坡等輔以根系發達的植物種植。
三、河道治理技術措施
1、河道曝氣生態凈化
水生生物為主體,輔以適當的人工曝氣,建立人工模擬生態處理系統,以高效降解水體中的污染物,改善或艋水質,是人工凈化與生態凈化相結合的工藝。該工藝實用污染較輕的水體,優點是能快速提高水體中的溶解氧;缺點是曝氣工程量大,施工復雜。如采用新型太陽能曝氣設備,雖然工程量小了,但設備投資增大,經濟性降低。
2、污水穩定床(氧化塘)處理技術
利用重力沉淀、微生物分解轉化、水生動植物的吸收多種途徑來凈化水體。該工藝需要人工修整建成池塘,設置圍堤和防滲層,依靠塘內生長的微生物來降解水體中的污染物,主要利用菌藻的共同作用。該工藝工程量較大,需要對河道修整,建設池塘等,投資費用較高。
3、底泥生物氧化技術
該工藝適用于黑臭水體,且有較多底泥沉積。原理是土著微生物定向擴增,就地大量繁殖土著微生物氧化底泥,通過靶向給藥技術直接將藥物注射到河道底泥表面,對河道黑臭底泥進行生物氧化,通過土著微生物的生物降解作用,凈化水質。該工藝優點是不需要人工清淤,節省大量勞動力;缺點是微生物藥劑成本較高,微生物消解底泥需要周期較長。
4、多功能河道生態工程修復
將城市河道設計成具有多種自然景觀和生物類群,景觀與凈化功能并存的河道凈化系統,是一項利用多功能河道凈化水中污染物質的生態工程技術。優點是該工藝基于長效治理,建立穩定的生態系統;缺點是該工藝投資成本高,建設費用也高。
5、異位處理技術
該技術采用一體化處理設備,通過泵把污染水提升至一體化處理設備處理合格后排放回河體。該工藝適用水體總水量不大,污染嚴重的水體。優點是快速達到效果,缺點是水體總水量受限制,一體化設備投資費用也高。
6、原位選擇性激活生態修復技術
該技術是把激活原位微生物所需的各種營養物質--益生元(碳源、微量元素、酶及其他載體)通過納米技術及微包覆技術制成均勻顆粒,投放在人工建立的繁殖平臺上,把這些營養物質提供給水環境中的微生物--益生菌,這些微生物被連續不斷激活并因不斷被提供能量和營養而可以大量連續繁殖。通過這類微生物進行有氧反硝化、同步硝化反硝化除磷、以及建立高效食物鏈來降解水體中富營養物質。該工藝的優點是篩選的微生物來自自然水體,不會新引入微生物,對水體安全性較高,不僅可以降低水體中的N、P、COD濃度,而且可以提高水域生態系統的自我修復能力。同時可以去除底泥中的有機物(底泥中的有機物去除率最高可達到50%以上),減少了河床和河底的底泥體積。可以通過控制激活微生物所需營養元素來調控微生物的繁殖速度,以適應不同水環境的生態修復要求。該技術選擇激活的是有益微生物,同時抑制其他有害微生物。 原位修復速度快,1-2個月消除水體黑臭、2-3個月恢復水體生態,運行6-12個月后水質可提升一個類別。設備操作運行簡單,直接漂浮水面,繩索固定即可。2-3個月檢查一次修復劑是否需要投加。投資及運行成本較低,視水體污染程度每平方米每年只需要30-120元。
四、總結
盡管水體修復技術種類較多,但歸根到底要達到長效穩定,首先要控源截污,只有把外源污染物截住,才能保證水體不被再次破壞。其次是修復水體,根據水體污染程度選擇適合的技術,輔以植物建立良性生態圈,提高水體自凈能力。
參考文獻:
住房城鄉建設部 《城市黑臭水體整治排水口管道及檢查井技術指南》(試行)2016.08
關鍵詞:分子生物技術;微生物領域;環境
微生物技術是在多種學科上面相互緊密交叉的一門應用學科,對環境污染修復技術方面的發展具有重要的推動作用。本文主要介紹目前常用的分子生物技術,分析分子生物技術在水、土壤、惡臭等方面的應用,明確分子生物技術在環境工程微生物修復治理工作中的重要性,為在下一步的分子生物技術的研究提供一個良好的契機,也為在環境工程的工作取得良好的效果而做好各項準備工作。
1與環境工程相關的分子微生物技術
1.1PCR核酸技術
PCR是一種利用脫氧核糖核酸半保留復制的原理,在體外擴增位于兩段已知序列之間的DNA區段,從而得到大量復制的生物技術,其應用在整個行業中最為廣泛。PCR技術主要分為以下三種:PCR-SSCP技術、PCR-DGGE技術以及PCR-RFLP技術。
(1)PCR-SSCP技術主要通過利用銀染法以及熒光的檢測技術等,對SSCP凝膠DNA譜帶進行詳細的分析,應用這種技術進行分析,能夠簡化測試的試驗步驟,比較方便且精準;
(2)PCR-DGGE技術是按照一定順序檢測生命物質堿基,獲得變性試劑解鏈不同的內容物質反映,對樣本進行檢測,從而達到研究目的;
(3)PCR-RFLP技術主要是利用限制性核酸內切酶的特性進行樣本分析,在基因組上尋找多態性位點,從而揭示個體或群體間遺傳變異或評估種間親緣性關系的一種分子標記技術。
1.2熒光原位雜交技術
熒光原位雜交技術是目前單個細胞水平上分析微生物群落結構的常用分子生態學方法,根據目前已公布的、定位在不同分類等級的rDNA分子的特定位置,設計以rDNA為靶點的寡核苷酸探針,然后用熒光標記探針,用于原位鑒定單個細胞.目前可利用此方法,使用一整套特異的寡核苷酸探針可進行單個細胞的快速分類。
1.3基因重組技術
此技術是利用DNA體外擴增或重組技術把需要的基因或DN段從供體生物基因組中抽取分離,或通過人工合成的方法獲取基因,并經過一系列的切割、加工、修飾、連接反應產生重組的DNA分子,再將其導入適合的受體細胞,從而獲得基因表達的過程。
2分子生物技術的應用
工業的高速發展極大地促進了我國經濟的增長。然而,工業污染已對我們正常的生活環境及個人健康造成了不可忽視的影響。分子生物技術應用對環境污染的修復和治理成為現今行業的關注熱點。
2.1水處理中的應用
微生物絮凝劑是由微生物菌體內外分泌的生物大分子,并帶有電荷。相關的研究表明,微生物絮凝劑對生活污水及工業廢水的COD及SS的去除率可分別達到68%和91%。相比鐵鹽、鋁鹽等化學藥劑,微生物絮凝劑對活性污泥所產生的絮凝作用更高效,其產生的沉淀也更易過濾,且絮凝后的殘渣可生物降解,不會造成二次污染。由此可見,微生物絮凝劑具有高效、無毒的優點。
2.2土壤修復中的應用
由于土壤生物修復技術具有環境友好、成本低、可原位處理等優點,因此成為了目前的一個研究熱點。有益微生物可通過自身代謝分解土壤中的有機污染,其分泌的有機酸、鐵載體等物質能使重金屬轉變為無害的螯合態。此外,根際微生物還能協助植物生長,促進超富集植物對土壤的修復效果。通過分子生物技術篩選具有高效代謝能力的菌種,并觀察分析微生物在修復過程中的群落動態變化,可進一步了解土壤生物修復的機理,建立土壤功能微生物資料庫,促進土壤生物技術在實際應用中的優化。
2.3臭氣處理中的應用
微生物的代謝作用可把臭氣分解成硫酸鹽、CO2、H2O等無害無味物質,特別適用于堆肥廠、污水處理廠、垃圾填埋場等環境衛生處理設施的臭氣治理。目前常用的生物除臭工藝包括過濾除臭、滴濾除臭、曝氣式除臭以及洗滌式除臭。分子生物技術已廣泛用于分析臭氣處理設備中微生物代謝功能及群落的變化。通過擴增除臭細菌某基因的可變區,并結合相關的分子生物技術,觀察除臭生物裝置中的微生物的多樣性、豐度及代謝功能在不同pH、碳源或其他制約條件下的變化,可篩選出最有利的菌種。因此,分子生物技術的應用對臭氣治理具有非常重要的意義。
2.4對石油降解方面進行分析研究
石油的成分復雜,包括一些對微生物有毒害的物質。因此,如何鑒定、篩選、培養具有高效降解能力的菌種成為石油污染物生物處理技術的關鍵。為了更好的解決石油的污染問題,需要相關研究人員在分子生物與石油污染進行深入細致的研究,并積極尋找有效可行的治理方法。分子生物技術在環境工程方面,主要具有環境治理效果好、無副作用、成本較低等優點。由于分子生物技術的眾多好處,得到了各方面的廣泛認可,使得這項技術在我們行業的發展上起到了重要的作用。
3結語
我國現今所面臨的難題是,如何降低對環境的污染,如何能夠進一步改善我們現在的生活環境。環境工程生物修復技術作為目前行業的熱點,而分子生物技術儼然已成為環境工程微生物不可或缺的研究手段,這同時也在另一個層面讓我們充分的認識、理解到分子生物技術在環境工程中的重要性。分子生物技術的研發與應用是我們在環境保護中的前沿陣地,我們在不斷的分子生物研究中進行發掘和創新,為我們的環境工程事業做好有力的技術支持,同時也為我國在環境保護方面做出重要的貢獻。
參考文獻
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關鍵詞:土壤污染、生物修復、研究進展
前言
土壤重金屬污染是指由于人類活動將金屬加入到土壤中,致使土壤中重金屬明顯高于原生含量、并造成生態環境質量惡化的現象。加之重金屬離子難移動性,長期滯留性和不可分解性的特點,對土壤生態環境造成了極大破壞,同時食物通過食物鏈最終進入人體,嚴重危害人體健康,已成為不可忽視的環境問題。隨著我國人民生活水平的提高,生態環境保護日趨受到重視,國家對污染土壤治理和修復的人力,物力的投入逐年增加,土壤污染物的去除以及修復問題,已成為土壤環境研究領域的重要課題。而生物修復技術是近20年發展起來的一項用于污染土壤治理的新技術,同傳統處理技術相比具有明顯優勢,例如其處理成本低,只為焚燒法的1/2-1/3,處理效果好,生化處理后污染物殘留量可達到很低水平;對環境影響小,無二次污染,最終產物CO2、H2O和脂肪酸對人體無害,可以就地處理,避免了集輸過程的二次污染,節省了處理費用,因而該技術成為最有發展潛力和市場前景的修復技術。
1.污染土壤生物修復的基本原理和特點
土壤生物修復的基本原理是利用土壤中天然的微生物資源或人為投加目的菌株,甚至用構建的特異降解功能菌投加到各污染土壤中,將滯留的污染物快速降解和轉化成無害的物質,使土壤恢復其天然功能。由于自然的生物修復過程一般較慢,難于實際應用,因而生物修復技術是工程化在人為促進條件下的生物修復,利用微生物的降解作用,去除土壤中石油烴類及各種有毒有害的有機污染物,降解過程可以通過改變土壤理化條件(溫度、濕度、pH值、通氣及營養添加等)來完成,也可接種經特殊馴化與構建的工程微生物提高降解速率。
2.污染土壤生物修復技術的種類
目前,微生物修復技術方法主要有3種:原位修復技術、異位修復技術和原位-異位修復技術。
2.1原位修復技術:
原位修復技術是在不破壞土壤基本結構的情況下的微生物修復技術。有投菌法、生物培養法和生物通氣法等,主要用于被有機污染物污染的土壤修復。投菌法是直接向受到污染的土壤中接入外源污染物降解菌,同時投加微生物生長所需的營養物質,通過微生物對污染物的降解和代謝達到去除污染物的目的。生物培養法是定期向土壤中投加過氧化氫和營養物,過氧化氫則在代謝過程中作為電子受體,以滿足土壤微生物代謝,將污染物徹底分解為CO2和H2O。生物通氣法是一種加壓氧化的生物降解方法,它是在污染的土壤上打上幾眼深井,安裝鼓風機和抽真空機,將空氣強行排入土壤中,然后抽出,土壤中的揮發性有機物也隨之去除。在通入空氣時,加入一定量的氨氣,可為土壤中的降解菌提供所需要的氮源,提高微生物的活性,增加去除效率。
2.2異位修復技術:
異位修復處理污染土壤時,需要對污染的土壤進行大范圍的擾動,主要技術包括預制床技術、生物反應器技術、厭氧處理和常規的堆肥法。預制床技術是在平臺上鋪上砂子和石子,再鋪上15-30cm厚的污染土壤,加入營養液和水,必要時加入表面活性劑,定期翻動充氧,以滿足土壤微生物對氧的需要,處理過程中流出的滲濾液,即時回灌于土層,以徹底清除污染物。生物反應器技術是把污染的土壤移到生物反應器,加水混合成泥漿,調節適宣的pH值,同時加入一定量的營養物質和表面活性劑,底部鼓入空氣充氧,滿足微生物所需氧氣的同時,使微生物與污染物充分接觸,加速污染物的降解,降解完成后,過濾脫水這種方法處理效果好、速度快,但僅僅適宜于小范圍的污染治理。厭氧處理技術適于高濃度有機污染的土壤處理,但處理條件難于控制。常規堆肥法是傳統堆肥和生物治理技術的結合,向土壤中摻入枯枝落葉或糞肥,加入石灰調節pH值,人工充氧,依靠其自然存在的微生物使有機物向穩定的腐殖質轉化,是一種有機物高溫降解的固相過程。上述方法要想獲得高的污染去除效率,關鍵是菌種的馴化和篩選。由于幾乎每一種有機污染物或重金屬都能找到多種有益的降解微生物。因此,尋找高效污染物降解菌是生物修復技術研究的熱點。
3.影響污染土壤生物修復的主要因子
3.1污染物的性質:
重金屬污染物在土壤中常以多種形態貯存,不同的化學形態對植物的有效性不同。某種生物可能對某種單一重金屬具有較強的修復作用。此外,重金屬污染的方式(單一污染或復合污染),污染物濃度的高低也是影響修復效果的重要因素。有機污染物的結構不同,其在土壤中的降解差異也較大。
3.2環境因子:
了解和掌握土壤的水分、營養等供給狀況,擬訂合適的施肥、灌水、通氣等管理方案,補充微生物和植物在對污染物修復過程中的養分和水分消耗,可提高生物修復的效率。一般來說土壤鹽度、酸堿度和氧化還原條件與重金屬化學形態、生物可利用性及生物活性有密切關系,也是影響生物對重金屬污染土壤修復效率的重要環境條件。
3.3生物體本身:
微生物的種類和活性直接影響修復的效果。由于微生物的生物體很小,吸收的金屬量較少,難以后續處理,限制了利用微生物進行大面積現場修復的應用,
植物體由于生物量大且易于后續處理,利用植物對金屬污染位點進行修復成為解決環境中重金屬污染問題的一個很有前景的選擇。但由于超積累重金屬植物一般生長緩慢,且對重金屬存在選擇作用,不適于多種重金屬復合污染土壤的修復。因此,在選擇修復技術時,應根據污染物性質、土壤條件、污染程度、預期修復目標、時間限制、成本及修復技術的適用范圍等因素加以綜合考慮。
4.發展中存在的問題:
生物修復技術作為近20年發展起來的一項用于污染土壤治理的新技術,雖取得很大進步和成功,但處于實驗室或模擬實驗階段的研究結果較多,商業性應用還待開發。此外,由于生物修復效果受到如共存的有毒物質(Co-toxicants)(如重金屬)對生物降解作用的抑制;電子受體(營養物)釋放的物理;物理因子(如低溫)引起的低反應速率;污染物的生物不可利用性;污染物被轉化成有毒的代謝產物;污染物分布的不均一性;缺乏具有降解污染物生物化學能力的微生物等因素制約。因此,目前經生物修復處理的污染土壤,其污染物含量還不能完全達到指標的濃度要求。
5.應用前景及建議:
隨著生物技術和基因工程技術的發展,土壤生物修復技術研究與應用將不斷深入并走向成熟,特別是微生物修復技術、植物生物修復技術和菌根技術的綜合運用將為有毒、難降解、有機物污染土壤的修復帶來希望。為此,建議今后在生物修復技術的研究和開發方面加強做好以下幾項工作:
(1)進一步深入研究植物超積累重金屬的機理,超積累效率與土壤中重金屬元素的價態、形態及環境因素的關系。(2)加強微生物分解污染物的代謝過程、植物-微生物共存體系的研究以及植物-微生物聯合修復對污染物的修復作用與植物種類具有密切關系。
(3)應用現代分子生物學與基因工程技術,使超積累植物的生物學性狀(個體大小、生物量、生長速率、生長周期等)進一步改善與提高,培養篩選專一或廣譜性的微生物種群(類),并構建高效降解污染物的微生物基因工程菌,提高植物與微生物對污染土壤生物修復的效率。
(4)創造良好的土壤環境,協調土著微生物和外來微生物的關系,使微生物的修復效果達到最佳,并充分發揮生物修復與其他修復技術(如化學修復)的聯合修復作用。
(5)盡快建立生物修復過程中污染物的生態化學過程量化數學模型、生態風險及安全評價、監測和管理指標體系。
結論
綜上所述,我們不難發現由于土壤重金屬來源復雜,土壤中重金屬不同形態、不同重金屬之間及與其它污染物的相互作用產生各種復合污染物的復雜性增加了對土壤重金屬治理和修復難度,且重金屬對動植物和人體的危害具有長期性、潛在性和不可逆性,同時進一步惡化了土壤條件,嚴重制約了我國農業生產的加速發展,所以要更好的防治土壤重金屬污染還需要廣大科研工作者不懈的努力,研發出更好的效率更高的修復治理技術,同時我們還不應該忘記必須加強企業自身的環保意識,提高企業自我約束能力,始終將防治污染積極治理作為企業工作的頭等大事來抓,把企業對環境的污染程度降到最低限度,形成全社會都來重視土壤污染問題的良好環保氛圍,逐步改善我們的土壤生態環境。
參考文獻:
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[關鍵詞]淡水池塘養殖;環境問題;解決措施
1淡水池塘養殖面臨的環境問題
1.1水體富營養化隨著現階段水體富營養化問題日益嚴峻,造成許多大水面圍網養殖、圍欄養殖的取消及“退魚還湖”等政策的實施,促使淡水池塘養殖在我國養殖業中發揮了不可更替的作用。但是,如今養殖水平的日益提高以及單位水體載魚量的增長,投放大量飼料及魚類代謝物造成池塘水質嚴重污染,而養殖廢水未經處理就直接排放到周圍河道,導致了周圍水體富營養化問題日益嚴重[1]。1.2氮失衡問題現階段,磷和氮在水體中的含量雖已滿足富營養化的指標,但是池塘中能夠參與生產力活動的可用磷含量相對比較匱乏。這主要是因為在pH為7.5~8.5的池塘水體中,磷的可溶解度偏低,很容易被淤泥和重金屬等絡合。再者,因為我國在池塘養殖中施用的氮肥遠高于磷肥,還有就是天然餌料及市場中商品飼料的氮含量更高,這些都是導致池塘養殖氮含量失衡的主要因素。眾所周知,池塘養殖的污染主要來源于餌料及魚類的排泄物。通過對池塘養殖水體氮循環過程的研究分析可知:①因硝化細菌在硝化過程中其速度偏低,從而換成亞硝酸鹽,這就導致氨氮濃度偏高;②由于浮游生物對生長過程所需的亞硝酸鹽含量要求較少,這就造成池塘后期水質比前期水質環境要差,從而氮的失衡對池塘水體造成的影響也就不同。池塘水體內部環境污染主要體現在氨氮和亞硝酸鹽氮,9-10月是水體污染最嚴重的階段。水體中高含量的氨氮對魚蝦體內的酶進行催化,影響其細胞的穩定性,從而對排泄系統及滲透平衡造成不同程度的破壞,使魚蝦處于極度活躍狀態,嚴重時導致魚蝦發生抽搐,失去平衡,甚至導致其進入昏迷狀態。而高濃度亞硝酸鹽可將魚蝦血液中亞鐵血紅蛋白氧化成高鐵亞鐵血紅蛋白,高鐵亞鐵血紅蛋白不能運載氧氣,從而削弱了魚蝦血液載氧能力,使魚蝦嚴重缺氧,失去攝食能力,情況嚴重的導致其失去生存能力。
2治理淡水池塘養殖環境的對策
2.1淡水池塘養殖環境的修復技術現今,我國淡水池塘養殖環境的修復技術主要有2種,即原位修復技術和異位修復技術。2.1.1原位修復技術。其又稱立體修復,主要是在池塘水體的上層設置生物浮床,在該浮床上種植一些水生蔬菜及其他植物來改善水體環境。在水體中通過投放生物來促進硝化作用,從而為有益微生物提供固定生長環境,使其能夠較好的繁殖,以此促進水體中氮的循環。同時,在下層水體投放貝類等軟體水生動物,加強池塘水體營養的多重利用,從而改善水體的整體環境。2.1.2異位修復技術。其也可稱為平面修復,主要是把池塘養殖生成的污水排入人工設置的濕地,通過濕地來改善水質,以此達到水質凈化目的,處理后的凈化水用于池塘養殖,以此實現水體的循環利用。2.2淡水池塘生態合作養殖模式該技術主要是把將原位修復技術與異位修復技術有機結合在一起,從而建立淡水池塘生態合作養殖模式[2]。當前,這無非是解決池塘水質環境的有效辦法。該模式的提出可以將兩種技術優勢和缺點進行互補。從生態角度來講,池塘水體上層種植蔬菜不僅可以降低排污系數,而且還降低了人工濕地水質凈化處理的負擔,減少人工濕地的建設面積。從實現經濟價值來看,水體種植的蔬菜可以改善該模式內部的收支平衡,種植蔬菜所獲得的經濟收入可以支付人工濕地建設的成本支出,從而緩解資金壓力。建設淡水池塘合作養殖模式,不只是單純地將二者集合在一起,更重要的是加大合作養殖魚類等水生物。如今在我國合作養殖的發展已初見成效,主要是做好魚苗采購以及成品魚類的便捷銷售,更是要體現“好買好賣”的合作理念,實現經濟大發展的良好局面。
參考文獻
[1]林興榕.連城縣淡水養殖池塘標準化建設改造成效分析[D].廈門:集美大學,2013.
【關鍵詞】環境生物技術;生物修復技術;水產養殖廢水
1 生物修復技術的基本概念及其原理
生物修復又稱生物改良,是指利用生物的生命代謝活動,來減少污染環境中的有毒有害物的濃度或使其無害化,從而使污染了的環境能夠部分或完全地恢復到原初狀態的過程。
生物修復根據所利用的生物,可以分為植物修復、動物修復、生態修復、微生物修復四類。根據被修復的污染環境,可以分為土壤生物修復、水體生物修復和大氣生物修復。而由于生物修復的實施方法不同,又分為原位生物修復和異位生物修復。
1.1 生物修復的基本原理
生物修復技術是通過生物的降解和轉化,將有機污染物轉化為無害的小分子化合物和二氧化碳與水。利用生物對環境污染物的吸收、代謝及降解等功能,對環境中污染物的降解起催化作用,加速去除環境中的污染物。
1.2 生物修復技術的特點
生物修復技術具有投資費用低,對環境影響小,使用效果好,使用區域范圍廣,使用面積大等特點,而且能同時處理受污染的土壤和地下水。在土壤修復中還可以去除環境中的重金屬和放射性核素。但其也存在局限性,生物不能降解進入環境中的所有污染物,并且受外部環境的影響較大。
2 生物修復技術在水產養殖廢水中的應用
氨氮是水產養殖的最主要危害,但傳統的加注新水、曝氣、漂白粉或臭氧氧化、使用斜發沸石進行離子交換等方法脫氮效果并不理想[2]。而活性污泥法、生物膜法和穩定塘法等生物處理法存在或伴有污泥產生、反應啟動慢、出水水質不穩定等問題。隨著生物技術的發展,生物修復技術在水體氨氮污染的處理上被廣泛應用。微生物修復技術在水產養殖中主要應用于養殖環境的原位修復中,主要處理底泥的有機污染和水體的富營養化問題。
2.1 生物在水產養殖環境生物修復中的作用機制
水產養殖生態環境中的有益微生物(凈水微生物)在池塘連續養殖情況下,能清除因池塘長時間養殖水域底部積累的大量殘余飼料、排泄物、動植物殘體以及有害氣體(氨、 硫化氫等),使之最終分解為CO2、碳酸鹽、硫酸鹽等物質,起到凈化水質的作用。并且能為環境中的單細胞藻類為主的浮游植物提供營養物質,促進藻類等浮游植物的繁殖。這些藻類為主的浮游植物的光合作用,又為池塘內底棲動物、水產養殖動物的呼吸和有機物的分解提供氧氣,從而形成一個良性的生態循環,有利于水產養殖動物的迅速生長。同時有益微生物的大量繁殖,在池內形成優勢種,可抑制病原微生物的繁殖,減少養殖動物的疾病發生。
2.2 生物對養殖環境的生物修復
2.2.1 微生物對養殖水體氨氮污染的修復
在一般污水處理系統中,硝化細菌的含量很低。因此,研究開發硝化細菌的快速富集培養技術,提高硝化細菌的產率,對氨氮污染水體處理具有重要作用。
現實中,硝化過程主要由自養菌完成,但異養菌也可以參與硝化;氨氧化在有氧條件下可以進行,在厭氧條件下也可以發生。胡寶蘭、鄭平在Anammox (厭氧氨氧化Anaerobic Ammonia Oxidafion)反應器中分離了6株好氧氨氧化菌,它們不僅具有好氧氨氧化菌的典型特征,而且將其置于厭氧條件下培養也有厭氧氨氧化能力。Robertson和Van Neil分離的Psendomonasspp1、Alcaligenes faecalis和Thiosphaerapantotropha菌株,既表現為好氧反硝化,同時也具有異養硝化能力,因此,Robertson提出了好氧反硝化和異養硝化的工作模型,直接把氨轉化為最終的氣態產物。光合細菌在養殖水體氨氮污染生物修復中的應用非常廣泛[5]。此外,應用屬于放線菌的諾卡氏菌屬、浮游植物的大型綠藻、席藻、螺旋藻和小球藻以及大型水生植物的伊樂藻、輪葉黑藻去除養殖水體氨氮的研究也有不少報道。
2.2.2 水生植物對養殖水體氨氮污染的修復
水生植物修復是生物方法和生態方法中的通用技術。水生植物按生態類型,可分為沉水植物、飄浮植物、浮葉植物、挺水植物。利用特定技術,還可以將浮游藻類、陸生植物應用于養殖水體修復中。目前國內外學者對植物修復富營養化水體進行了諸多研究,并取得了一定的成就,篩選出了一些優勢種。植物系統對養殖水體的凈化作用,主要是通過植物的吸收作用,根區微生物的降解作用,植物的吸附、過濾和沉淀作用,植物抑制藻類生長的作用以及作為生態系統的生產者來調節其他生物種類和數量的作用來完成的。其具有以下優勢:凈化所需的能源由光合作用提供;許多植物具有美學價值,能改善景觀生態環境;植物可被收割和利用,創造新的價值;能固定土壤或底泥中的水分,防止污染源進一步擴散;為降解微生物提供了良好的棲息場所,有利于微生物的生存。水生植物龐大的根系為細菌提供多樣性的生境,植物可輸送氧氣至根區,有利于微生物的好氧呼吸。目前,國內外應用較多的水生植物修復技術主要有人工濕地處理技術、生態浮床技術等。
2.2.3 水生動物修復技術
國內外許多學者和研究人員作了大量的研究工作,探討水生動物對水體中有機污染物和無機污染物的吸收和利用。研究認為,在水體富營養化的防治過程中,除了考慮對藻類等浮游植物進行防治,對浮游動物的防治也不能忽視。防治浮游動物繁盛最有效的方法是放養鳙魚,而鰱魚的放養通常是為了消除浮游植物。鰱鳙的放養量以及如何搭配亦值得研究。鰱鳙混養時,鰱魚大量攝取浮游植物,從而抑制了以浮游植物為食的浮游動物的生長和繁殖;如果鳙魚的數量放養過多,鳙魚就得不到足夠的食物,生物量受到抑制,放養太少,不能充分利用餌料而影響其產量。合理搭配鰱鳙的放養數量,可充分利用天然餌料,從而減少浮游植物和浮游動物的數量,這樣既可治理水體的富營養化,又可提高經濟效益,是一項非常值得研究的生物修復技術。武漢東湖的圍隔試驗證明了鏈魚和鳙魚能有效控制藍藻水華,并指出當放養的鰱魚和鳙魚的有效生物量達到46~50 g/m2時,可有效地抑制水華的發生。
3 生物修復技術的應用前景
生物技術在環境保護中已獲得廣泛的應用,并取得了顯著成效。隨著經濟的騰飛、人口的膨脹、資源的短缺、環境狀況的惡化以及人類環保意識的增強,生物技術的環境保護功能顯得越來越重要,其明顯的經濟效益、環境效益和社會效益引起科技界和企業界的極大關注,呈現良好的發展趨勢。
參考文獻:
[1]楊秀敏等.生物修復技術的應用及發展[J].2007(16).
[2]李谷等.硝化細菌富集方法的研究[J]. 淡水漁業,2000(9).
摘要:本次研究以城市工業污染作為主題,探討與其相關的污染場地類型及土壤修復技術研究進展問題。首先對我國城市工業污染場地的類型進行了簡要說明,并結合當前幾種土壤修復技術的應用及研究趨勢,對主題展開具體論述。
關鍵詞:城市工業;污染場地;土壤修復;技術研究
1引言
在改革開放政策下,我國經過多年快速發展,經濟地位已經位居世界第二,成為世界級的超級大國;但由于發展速度快、環境治理跟進慢,因此,導致了諸多工業污染問題。從當前城市工業污染場地分析,主要包括重金屬、有機污染物、復合污染三大類型;但在土壤修復技術方面方法已經開始應用多種修復技術,并在嘗試創新發展,以下進行具體說明。
2城市工業污染場簡述
在三大污染類型中,重金屬污染有45種元素(以相對密度在5.0以上為主);但在土壤重金屬污染方面,主要由8種元素引起,具體是Cd、Cu、As、Ni、Cr、Pb、Hg、Zn。從行業分析,以冶煉、皮革、化學品、鉛蓄電池制造等居多。有機物污染則集中在有機化學物方面,如石油、農藥、多氯聯苯、苯系物等。復合污染中有重金屬-有機復合污染,以及有機物類型內、重金屬類型內的復合污染等。另外,在復合污染中由于污染物之間存在交互作用,也會造成一系列難以預料的環境效應,并給污染治理工作造成極大阻礙與技術挑戰。
3城市污染場地土壤修復技術研究進展分析
目前在應對城市工業污染場地造成的土壤污染問題時,多以污染源分析為主,實施針對性、綜合性的治理措施。從應用與發展層面觀察,土壤修復技術包括淋洗修復、熱處理、土壤氣提、植物修復、固化與穩定技術等。以下從常用的土壤氣提技術、固化與穩定技術、植物修復技術進行具體說明。
3.1土壤氣提技術
土壤氣提技術以物理方法為主,具體是對土壤孔隙實施蒸汽壓的降低,然后,將污染物轉化為蒸汽形式,并通過氣提方法完成污染治理。同時,這種土壤氣提技術的應用能夠以活性炭吸附法、生物處理法完成對土壤的凈化處理,并實現循環利用。從應用情況看,通常以原位土壤、異位土壤、多相浸提三種技術應用為準。在氣提系統下,能夠實現熱空氣,提高輕質石油烴揮發,并使三氯乙烯、四氯乙烯類的有機鹵化物得到有效揮發。以評估效果分析,也能夠達到對非黏質土壤污染物的修復,其修復效果在現階段能夠達到90%。在三種技術應用中,原位與異位土壤氣提技術,針對地下含水層之上的包氣帶效果最好,而后一種技術對于包氣帶、地下含水層均有顯著效果。整體上能夠根據亨利系數進行評估,通常在>0.01的情況下、蒸汽壓>66.66時,均能夠進行有效處理。
3.2植物修復技術
植物修復技術屬于綠色技術,因其成本低、可原位修復、環境美學效應突出而受到好評。一般實踐中以超富集植入、富集植物提取修復為準;其原理即以植物根系達到對污染物的有效控制,減少其擴散,并利用恢復生態功能完成穩定性修復,同時,在植物的代謝功能、轉化功能、吸附功能下,也能夠很好的實現對污染物的降解、過濾,并達到改良土壤的目的。從應用范圍觀察,如重金屬、石油、炸藥、放射性核素、農藥等造成的土壤污染均可。另外,在農田土壤污染物、人工濕地、生物棲息地等治理與建設方面均有顯著效果。在我國的砷、鉛、銅、鎳、鎘、多環芳烴方面已經起到了較好效果。然而,針對超富集植物方面的一些瓶頸,需要進行匹配性的農藝性狀、病蟲害防治等,以此增強植物修復技術的應用效果。
3.3固化-穩定技術
使污染物在污染介質中獲得固化,并處在穩定狀態,可以通過固化-穩定技術完成;如應用固化穩定劑、污染土壤混合達到修復目的。從應用原理分析,它集合了化學-物理-熱力學多種方法實施綜合治理;具體以石灰、瀝青、硅酸鹽水泥等固化穩定劑為準。這種方法的應用適用于原位與異位方面的重金屬污染土壤修復,對有機污染物的土壤修復則效果不明顯。建議在修復過程中需要遵循因地制宜的原則;固化-穩定技術的優勢在于成本低、見效快;其風險主要在于可能性的環境條件影響下,會造成污染物的重新釋放,所以,在應用過程中,必要進行安全性監測評估,提高治理效果。
4展望
目前,我國已經引入諸多研發設備,但關于土壤修復技術的研究技術依然處于初步發展階段。需要增加這個方面的知識產權保護;尤其是在引進設備、技術權限方面,價格昂貴的現狀下,必要從政府投入、企業技術研發方面增加技術扶持。尤其要強化我國在組合技術方面治理水平。比如,在單一修復方法的基礎上,增加對無機-有機復合污染、新老污染物并存方面的污染。另外,應該在環境修復材料研發方面擴大影響,如氧化劑、還原劑、催化劑等方面的新產品研發;政府可以通過加強對生態環境效應的監測、評估;使實際的調查研究結果,能夠與當前城市工業污染場地土壤修復技術發展水平相匹配。需要說明的是,應該按照現階段我國不同地區的污染場地類型、修復技術應用情況,鼓勵更多的民營企業投入到對污染場地的治理技術研發與治理中,提高土壤修復的市場化水平,從多個面向增加修復速度、提高修復效果。
5結束語
通過上文分析可以認識到城市工業污染場地類型比較多樣,修復中的技術應用存在一些瓶頸;但從現階段的土壤修復需求分析,可開發市場潛力巨大。隨著我國公共衛生與生態環保政策的持續推進,未來會在該領域引起重多企業進駐;同時,也會使我國城市工業污染場地修復速度走向快速、持續發展階段。因此,必要借鑒歐美環境治理的一些經驗,并引進相關技術;另一方面,在推動我國土壤修復技術發展的同時,應該大力推動知識產權保護,提高對修復技術創新,促進其向更好的方向發展。
參考文獻:
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1、在重力作用下或通過水力壓頭推動清洗液。
2、借助能促進土壤環境中污染物溶解或遷移作用的化學/生物化學溶劑,在重力作用下或通過水力壓頭推動清洗液,將其注入被污染土層中,把包含有污染物的液體從土層中抽提出來,進行分離和污水處理的技術。
3、化學淋洗技術主要圍繞著用表面活性劑處理有機污染物,用螯合劑或酸處理重金屬來修復被污染的土壤。開展修復工作時,既可在原位進行修復,也可在異位進行修復。
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生態修復去除氨氮的凈化機理
自然界氮素包括有機氮化合物、無機氮化合物(氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮)。盡管分子氮和有機氮數量多,但植物不能直接利用,只能利用無機氮。在微生物、植物和動物三者的協同作用下將三種形態的氮相互轉化,構成氮循環,其中微生物起主導作。河流中氮的的去除機制包括:植物和其他生物的吸收、氨化作用、硝化作用、反硝化作用、氨的揮發作用、NH4+的陽離子交換作用等。通常條件下,有機氮易被微生物分解、轉化,因此人們更關注氨氮的去除。
水生植物根毛的輸氧及傳遞特性,使根系周圍連續分布好氧、缺氧和厭氧狀態,相當于許多串聯或并聯的處理單元,使硝化與反硝化作用能夠在濕地系統中同時進行:再如在植物一礫石床潛流濕地中,植物的根區效應與礫石的多孔性是影響氨氮去除效果的主要因素。微生物硝化、反硝化作用是人工濕地的主要脫氮方式,此外,同時也能被濕地植物直接攝取,合成蛋白質和有機氮,再通過對植物的收割,達到去除氨氮的目的。影響人工濕地脫氮的主要因素包括:溫度、溶解氧、微生物可利用的硝態氮和有機碳、PH值、氧化還原電位、停留時間〕。
目前河道生態修復去除氨氮的技術
1原位生態修復
原位生態修復是直接在河道中對受損河道進行綜合整治和修復方法的統稱。主要是通過生物修復結合物理修復和化學修復的一個過程。
1.1底泥生態處理技術
河道底泥生態系統是由底泥的化學組分和生物區系共同構成的。底泥具有一定的緩沖能力,其對河道水質穩定性具有重要影響。目前較為常見的河道底泥處理技術就是底泥疏浚。鐘繼承等發現底泥疏浚能有效的削減沉積物中N、P等營養物,重金屬和持久性污染物等污染物的含量,但疏浚過程中會引起污染物大量向水體釋放,并對底棲生物和微生物胞外酶活性產生危害。有學者指出城市河道底泥物理疏浚方法效果明顯,但工程量大,投入大,而生物一生態修復投入低,處理量大,不易產生二次污染。近幾年來底泥生態修復的技術不斷發展,出現了包括底泥植物修復、底泥生物氧化、底泥固定化等方法。童昌華等將水生植物修復底泥與物理包被底泥進行了比較,發現經水生植物處理的底泥中氨態氮沒有出現明顯的釋放高峰,且始終保持低水平,其中狐尾草的效果優于鳳眼蓮。馮奇秀等廠將底泥生物氧化配方和方法應用于黑臭河涌治理,在上游不斷流入污水的情況下,N’H4+一N去除率達到30%。
1.2水生植物修復技術
水生植物可通過自身的生長代謝吸收水中的營養物質,有效的控制水中N的含量。春、夏、秋三季主要種植鳳眼蓮、水浮蓮、浮萍等喜溫水生植物,冬季種植耐寒性水生植物,如西洋菜、小浮萍、殖草等。受污河道經鳳眼蓮為主的浮水植物處理,經5個月,NH4十一N、TN分別下降21.8%和49.7%。種植蘆葦、菱白、香蒲草,N’H4+一N的去除分別為79.5%、72.7%、59.4%[17。南京莫愁湖種植蓮藕,生產蓮藕為25x104kg/a,帶出N達到60t[18]。4.1.3生態浮床技術.生態浮床技術是根據生態學原理發展起來的集水環境治理和生態修復一體的實用技術。生態浮床又稱生態浮島。自20年前德國BESTMAN公司開發出第一個生態浮床之后,以日本為代表的國家和地區成功地將生態浮床應用于地表水體的污染治理和生態修復。浮床植物選擇原則有四點:(I)盡可能選擇來源方便且適應能力較好的本地土著種類;(2)生長量大,繁殖能力強;(3)根系發達;(4)具有一定的經濟價值或觀賞價值。近年來,我國生態浮床技術進入快速發展期,大量學者進行了相關的研究。鄭種仁2例等利用水芹處理模擬氨氮類富營養水體,在HRT=6d時,亞硝酸細菌數為27.OX104個/g水、硝酸細菌數為1.SXIO4個/g水、N’H4十一N平均去除率達到35%;而當HRT=2天時,亞硝酸細菌數為1.3X104個/g水、硝酸細菌數為0.2x104個/g水、N’H4十一N平均去除率僅為6%。徐玉榮等建立梯級生態浮床系統對黑臭河道進行凈化,N’H4+一N的去除率平均達到71.9%,其中挺水(香菇草)、浮葉(睡蓮)和沉水植物(輪葉狐尾藻)各單元對氨氮的去除率分別為36.1%,22.3%,13.5%。
1.4生態護岸技術
生態護岸是為結合護岸工程與環境生態的要求提出的,既能滿足河道護岸功能,又有利于河流生態系統的恢復,其建設過程融合了水利工程學、生態學、環境科學、生物科學等多個學科。1965年,EmstBittmann在萊茵河兩岸種植柳樹和蘆葦。陳楊輝〔25等利用三種形式的生態護砌去除N’H4+一N的效果分別達到83.6%、83.4%、88.1%。由此可見,生態護砌對水體中氨氮污染物去除效果的影響顯著。
2異位生態修復
對于受污染河流,尤其是水量較大或者污染嚴重的河流,在河流中設計引流裝置,將受污河水引入河道旁的污水處理設施中,對其進行集中處理后,再將其排入原河流中。此方法能夠有效去除河道中污染物,并防止污染物向下游擴散。
河道旁建設的通常是污水處理廠。19世紀,英國在泰晤士河兩岸建設了一系列污水處理廠。20世紀,聯邦德國在萊茵河兩岸建造了100多座污水處理廠。然而其高昂的建設、運行費用限制這種方法在我國河道整治中的應用。因此,找到合適的處理方法代替傳統方法成為關鍵。人工濕地、氧化塘等處理技術建設費用低,近年來得到研究人員的關注,并在許多地方得到實際應用。
2.1人工濕地處理技術
人工濕地是人工建造與監督控制的、與沼澤表面類似的處理系統,其設計、建造思想來源于對濕地自然生態系統中的物理、化學和生物作用系統研究
。人工濕地是20世紀70年代興起的一種水體污染生態治理技術,因其建設、運行費用低,能耗少,維護方便,且具有一定的景觀作用等優點,該技術越來越受到人們的重視。2006年,吳建強等在江蘇省新沂河河漫灘上構建了一個表面流人工濕地系統(SurfaeeFlowConstruetedWetland,SFW),人工濕地的進水N’H4+一N濃度為1.37一20.18mg/L,四種不同種植植物對其去除效率分別為64.27%、70.49%、66.78%、58.52%。
2.2穩定塘處理技術
穩定塘,又稱氧化塘或生物塘,是一種利用天然池塘的自然凈化能力對污水進行處理的構筑物的總稱。通常是改造廢棄魚塘或者將土地進行適當休整,建成池塘,并設置圍堤和防滲層,依靠塘內生長的微生物處理污水。穩定塘污水處理系統能有效去除污水中的有機和病原菌、無需污泥處理。城市黑臭河道治理中,對于暫時無法截污的城郊河道,利用廢棄池塘改造成氧化塘,對上游污水進行預處理仁。
研究表明,在污水進水量為432Ot/d以內(污水停留時間1.4d以上,容積負荷為CODer:0.1一kg/(d•m3)以下),氧氣為15.6kg/h的增氧曝氣條件下,NLH4+一N去除率在40%以上。由此可見,利用穩定塘處理系統對上游污水進行預處理,對于NH4+一N的去除起到了重要作用。